Calcule o potencial de cada pilha, indicando qual é o agente redutor e oxidante e a energia (kJ / kg) envolvida no processo para produção de \mathbf{1} kg do produto na forma reduzida.
\mathrm{Ag}{ }_{(\mathrm{s})}\left|\mathrm{Ag}^{+}{ }_{(\mathrm{aq})}\right| \mathrm{ICl}_{2(\mathrm{~g})} \mid \mathrm{Cl}^{-}{ }_{(\mathrm{aq})}

Passo 1

O enunciado apresenta a célula eletroquímica \mathrm{Ag}_{(\mathrm{s})}\bigl|\mathrm{Ag}^{+}_{(\mathrm{aq})}\bigr|\mathrm{ICl}_{2\,(\mathrm{g})}\bigl|\mathrm{Cl}^{-}_{(\mathrm{aq})}
e pede:
– o potencial padrão de cada semi-célula;
– qual espécie é agente redutor e qual é agente oxidante;
– a energia (em kJ / kg) necessária para produzir 1,kg do produto na forma reduzida (isto é, o produto formado no cátodo).

Passo 2

Consultando tabela de potenciais padrões, temos:
– semi-reação de prata (redução)
\mathrm{Ag}^{+}_{(\mathrm{aq})} + e^{-} \longrightarrow \mathrm{Ag}_{(\mathrm{s})}, \quad E^{\circ}_{1} = +0{,}7996\text{ V};
– semi-reação iodocloreto (redução)
\mathrm{ICl}_{2\,(\mathrm{g})} + e^{-} \longrightarrow \mathrm{ICl}_{(\mathrm{g})} + \mathrm{Cl}^{-}_{(\mathrm{aq})}, \quad E^{\circ}_{2} = +1{,}036\text{ V}.

Passo 3

Para saber qual semi-reação ocorre no cátodo (redução) e qual no ânodo (oxidação), comparamos E^{\circ}_{1} e E^{\circ}_{2}. A semi-reação com maior E^{\circ} favorece redução no cátodo. Logo:
– cátodo (redução):
\mathrm{ICl}_{2\,(\mathrm{g})} + e^{-} \to \mathrm{ICl}_{(\mathrm{g})} + \mathrm{Cl}^{-}_{(\mathrm{aq})},
E^{\circ}_{\text{cat}} = +1{,}036,V.
– ânodo (oxidação): inversa da prata
\mathrm{Ag}_{(\mathrm{s})} \to \mathrm{Ag}^{+}_{(\mathrm{aq})} + e^{-},
E^{\circ}_{\text{an}} = -\,0{,}7996,V (inversão de sinal).
O potencial padrão da célula é
E^{\circ}_{\text{cel}} = E^{\circ}_{\text{cat}} - E^{\circ}_{\text{an}} = 1{,}036\;-\;(-0{,}7996) = 1{,}036 + 0{,}7996 = 1{,}8356\;\text{V}.
Agente oxidante é quem é reduzido no cátodo: \mathrm{ICl}_{2}.
Agente redutor é quem é oxidado no ânodo: \mathrm{Ag}_{(\mathrm{s})}.

Passo 4

O produto na forma reduzida é \mathrm{ICl}_{(\mathrm{g})}. Para produzir 1,kg de \mathrm{ICl}:
– massa molar de \mathrm{ICl}:
M(\mathrm{ICl}) = M(\mathrm{I}) + M(\mathrm{Cl}) = 126{,}90 + 35{,}45 = 162{,}35\\ \mathrm{g/mol}.
– número de mols necessários para 1\,\mathrm{kg}=1000\,\mathrm{g}:
n = \frac{1000}{162{,}35} = 6{,}156\\ \mathrm{mol}.
– cada mol de \mathrm{ICl} envolve a transferência de 1 e ^-. A carga total é
Q = n\,F = 6{,}156 \times 96485 = 5,946\times10^{5}\\ \mathrm{C}.
– energia obtida (ou necessária) em joules:
W = Q \times E^{\circ}_{\text{cel}} = 5,946\times10^{5}\,\mathrm{C} \times 1{,}8356\,\mathrm{V} = 1,091\times10^{6}\,\mathrm{J}.
Convertendo para kJ / kg de produto:
\frac{1,091\times10^{6}\,\mathrm{J}}{1000} = 1{,}091\times10^{3}\,\mathrm{kJ/kg} \approx 1091\\ \mathrm{kJ/kg}.

Resposta

Potenciais padrões: \;E^{\circ}(\mathrm{Ag}^{+}/\mathrm{Ag})=+0{,}7996,V; \;E^{\circ}(\mathrm{ICl}_{2}/\mathrm{ICl},\mathrm{Cl}^{-})=+1{,}036,V.
Célula:
E^{\circ}_{\text{cel}}=1{,}036 - (-0{,}7996)=1{,}8356\;\mathrm{V}.
Agente oxidante: \mathrm{ICl}_{2}.
Agente redutor: \mathrm{Ag}_{(\mathrm{s})}.
Energia para produzir 1,kg de \mathrm{ICl}: \approx 1091\\ \mathrm{kJ/kg}.

Exercícios relacionados